幾種時域濾波的比較

1　平均值濾波

 1）算術平均濾波

   方法：連續取N個采樣值進行算術平均運算。N值較大時，信号平滑度較高，但靈敏度較低；N值較小時，信号平滑度較低，但靈敏度較高。N值的選取一般規則為：流量N取12；壓力N取4；溫度、成分等緩變信号N可取2甚至不平均。

   優點：适用于對一般具有随機幹擾的信号進行濾波，這種信号的特點是有一個平均值，信号在某一數值範圍附近上下波動。

   缺點：對于測量速度較慢或要求資料計算速度較快的實時控制不适用，并且比較浪費RAM。

 2）中位值平均濾波法（又稱防脈沖幹擾平均濾波法）

    方法：相當于“中位值濾波法”+“算術平均濾波法”，連續采樣N個資料，去掉一個最大值和一個最小值，然後計算N-2個資料的算術平均值，N值的選取：3～14。

   優點：融合了兩種濾波法的優點，對于偶然出現的脈沖性幹擾，可消除由于脈沖幹擾所引起的采樣值偏差。

   缺點：測量速度較慢，和算術平均濾波法一樣，比較浪費RAM。

 3）滑動平均濾波

   上述各種平均濾波算法有一個共同點，即每取得一個有效采樣值，必須連續進行若幹次采樣，當系統的采樣速度較慢（如雙積分型A/D轉換）或采樣信号變化較快時，系統的實時性就無法得到保證。而滑動平均濾波算法能較好地解決這一問題。它在每個采樣周期隻采樣一次，将這一次采樣值和過去的若幹采樣值一起求平均，所得結果即為有效采樣值。

   方法：把連續取N個采樣值看成一個隊列，隊列的長度固定為N，每次采樣到一個新資料就放入隊尾,并扔掉原來隊首的第一個資料(先進先出原則)。把隊列中的N個資料進行算術平均運算,就可獲得新的濾波結果。N值的一般選取方法為：流量，N=12；壓力：N=4；液位，N=4～12；溫度，N=1～4。

   優點：對周期性幹擾有良好的抑制作用，平滑度高，适用于高頻振蕩的系統。

   缺點：靈敏度低，對偶然出現的脈沖性幹擾的抑制作用較差，不易消除由于脈沖幹擾所引起的采樣值偏差，不适用于脈沖幹擾比較嚴重的場合，比較浪費RAM。

2　中值濾波

   方法：連續采樣N次（N取奇數），把N次采樣值按大小排列，取中間值為本次有效值。本算法為取中值，故采樣次數應為奇數，一般3～5次即可。對于變化很慢的采樣信号也可增加次數。其程式編制可采用幾種正常的排序算法，如冒泡算法。

   優點：能有效克服因偶然因素引起的波動幹擾，對溫度、液位等變化較緩慢的被測參數有良好的濾波效果。

   缺點：對流量、速度等快速變化過程的參數處理效果不好。

3　限幅濾波

   方法：根據經驗判斷，确定兩次采樣允許的最大偏內插補點（設為A） 每次檢測到新值時進行判斷，如果本次值與上次值之差<=A，則本次值有效；如果本次值與上次值之差>A，則本次值無效，放棄本次值，用上次值代替本次值。

   優點：能有效克服因偶然因素引起的脈沖幹擾，對随機幹擾或采樣器不穩定引起的失真有良好的濾波效果。

   缺點：無法抑制那種周期性的幹擾，平滑度差。

4  一階滞後濾波法

方法：取a=0~1，本次濾波結果=（1-a）*本次采樣值+a*上次濾波結果。

優點：對周期性幹擾具有良好的抑制作用 适用于波動頻率較高的場合。